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活性炭炭化活化工藝流程

作者:鞏義市盛世凈水材料有限公司時(shí)間:2019-09-26 10:40:45

活性炭生產(chǎn)之炭化:

炭化是活性炭制造過(guò)程中的主要熱處理工序之一,炭化過(guò)程中大部分非炭元素—氫和氧因原料的高溫分解首先以氣體形式被排除,而獲釋的元素碳原子則組合成通稱(chēng)為基本石墨微晶的有序結晶生成物。嚴格的說(shuō),炭化應是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行。炭化是指在低溫下(500℃左右)煤及煤瀝青的熱分解、固化以及煤焦油中低分子物質(zhì)的揮發(fā)。

炭化主要目的:

(1)排除成型料中的揮發(fā)份及水分;

(2)提高炭化料強度,煤焦油中的瀝青成分形成了基本骨架;

(3)使炭顆粒形成初步孔隙。

炭化溫度:

炭化溫度直接影響炭化料的孔隙結構和強度。溫度過(guò)低炭化產(chǎn)物無(wú)法形成足夠的機械強度,溫度過(guò)高則會(huì )促使炭化產(chǎn)物中的石墨微晶有序變化,減少微晶之間的空隙,影響活化造孔過(guò)程。將無(wú)煙煤加熱,其炭化產(chǎn)物中易石墨化成分占主導地位,無(wú)煙煤對炭化終溫非常敏感,當溫度升高時(shí)就開(kāi)始收縮,結果造成在炭化初始階段形成的微孔容積大幅度降低。如炭化爐內尾部著(zhù)火造成的炭化料形成光圈現象,堅硬炭化料,形成易石墨化物質(zhì),難以活化。

炭化溫度對炭化料初始孔隙的形成影響很大,按照炭化過(guò)程中溫度的影響,太西煤質(zhì)的炭化料炭化的升溫速度應控制在15-20℃/min范圍內。高升溫速率能使物料析出更多的焦油和煤氣,降低炭化料產(chǎn)率。降低升溫速率時(shí),物料在低溫區受熱時(shí)間長(cháng),熱解反應的選擇性較強,初期熱解使物料分子中較弱的鍵斷開(kāi),發(fā)生了平行的和順序的熱縮聚反應,形成具有較高熱穩定性的結構,從而減少高溫熱解析出物的揮發(fā)分產(chǎn)率,獲得更高的固體炭化產(chǎn)物(即炭化料)產(chǎn)率。我們平時(shí)說(shuō)的炭化溫度是指轉爐的中部溫度,但中部溫度并不是炭化終溫度。炭化終溫度實(shí)際是出料口的溫度,這個(gè)溫度終影響炭化料的質(zhì)量。)炭化不僅決定終產(chǎn)品的機械強度等級,還決定終產(chǎn)品的孔結構特性以及常規吸附性能指標等級。

炭化工藝流程:

(1)物料流程:

成型顆粒經(jīng)運輸機提升直接加入回轉爐的加料室內,借助重力作用落入滾筒內,沿著(zhù)滾筒內螺旋運動(dòng)被帶到抄板上,靠筒體的坡度和轉動(dòng)物料由爐尾向爐頭方向移動(dòng)。物料首先經(jīng)過(guò)溫度為200℃的預熱干燥階段,進(jìn)入350-550℃的炭化階段,在這個(gè)過(guò)程中,炭粒與熱氣流接觸而進(jìn)行炭化,排出水分及揮發(fā)分,后經(jīng)卸料口卸出。

(2)氣體流程:

爐尾尾氣在燃燒室中燃燒后,一部分尾氣返回到爐頭,進(jìn)入滾筒與逆流而來(lái)的炭粒直接接觸進(jìn)行炭化;另外一部分進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行換熱,換熱后的煙道氣從煙筒排出。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽部分送到活化工序和換熱站,部分返回爐頭與尾氣混合后進(jìn)入炭化爐。

活性炭生產(chǎn)之活化:

賦予炭顆?;钚?,使炭形成多孔的微晶結構,具有發(fā)達的表面積的過(guò)程稱(chēng)為活化過(guò)程?;罨椒ㄍǔS腥N,即化學(xué)藥品活化法、物理化學(xué)聯(lián)合活化法和物理活化法。

(1)化學(xué)藥品活化法

即將含碳原料與化學(xué)藥品活化劑混捏,然后炭化、活化制取活性炭。藥品有ZnCl2,H3PO4,K2SO4及K2S等。

(2)物理化學(xué)聯(lián)合活化法

一般行化學(xué)藥品活化,然后進(jìn)行物理活化。由物理活化法特別是用水蒸氣活化制成的產(chǎn)品,微孔發(fā)達,對氣相物質(zhì)有很好的吸附力,當然也可以通過(guò)控制炭的活化程度而用于液相吸附;由化學(xué)藥品活化法制得的活性炭次微孔發(fā)達,多用于液相吸附。

(3)物理活化法(氣體活化法)

在活化過(guò)程中通入氣體活化劑如二氧化碳,水蒸氣,空氣等?;罨磻ㄟ^(guò)以下三個(gè)階段終達到活化造孔的目的:

一階段:開(kāi)放原來(lái)的閉塞孔。即高溫下,活化氣體首先與無(wú)序碳原子及雜原子發(fā)生反應,將炭化時(shí)已經(jīng)形成但卻被無(wú)序的碳原子及雜原子所堵塞的孔隙打開(kāi),將基本微晶表面暴露出來(lái)。

二階段:擴大原有孔隙。在此階段暴露出來(lái)的基本微晶表面上的碳原子與活化氣體發(fā)生氧化反應被燒失,使得打開(kāi)的孔隙不斷擴大、貫通及向縱深發(fā)展。

三階段:形成新的孔隙。微晶表面上的碳原子的燒失是不均勻的,同炭層平行方向的燒失速率高于垂直方向,微晶邊角和缺陷位置的碳原子即活性位更易與活化氣體反應。

同時(shí),隨著(zhù)活化反應的不斷進(jìn)行,新的活性位暴露于微晶表面,于是這些新的活性點(diǎn)又能同活化氣體進(jìn)行反應。微晶表面的這種不均勻的燃燒不斷地導致新孔隙的形成。隨著(zhù)活化反應的進(jìn)行,孔隙不斷擴大,相鄰微孔之間的孔壁被完全燒失而形成較大孔隙,導致中孔和大孔孔容的增加,從而形成了活性炭大孔、中孔和微孔相連接的孔隙結構,具有發(fā)達的比表面積。

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